JPH1137577A - ノズル装置 - Google Patents

ノズル装置

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JPH1137577A
JPH1137577A JP9195780A JP19578097A JPH1137577A JP H1137577 A JPH1137577 A JP H1137577A JP 9195780 A JP9195780 A JP 9195780A JP 19578097 A JP19578097 A JP 19578097A JP H1137577 A JPH1137577 A JP H1137577A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エジェクタに組み込まれたノズル本体１２の
全長の増大を最小限に抑えながらも、ノズル効率を更に
向上することにより、エジェクタを備えた冷凍サイクル
の冷房性能を向上する。 【解決手段】 冷媒通路１５の途中に絞り部１７、１８
を設け、絞り部１８から流体剥離部分１９までの第３通
路２３の通路壁面の第１拡がり角度（θ1 ）よりも、流
体剥離部分１９から噴出口２０までの第４通路２４の通
路壁面の第２拡がり角度（θ2 ）が小さくなるようにノ
ズル本体１２の冷媒通路１５を形成する。これにより、
第４通路２４内での通路壁面からの気液二相冷媒の剥離
および渦流の発生が抑まることにより、絞り部１８より
も下流側の冷媒通路１５全領域の拡がり角度を小さくす
ることなく、均質流モデルに対する圧力低下を抑えるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば冷凍サイク
ルのエジェクタとして利用されるノズル装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば車両用空気調和装置の
冷凍サイクルの高効率化手段として、冷媒蒸発器を還流
する冷媒の循環流量を増加させるために冷凍サイクルの
冷媒凝縮器と気液分離器との間にエジェクタを連結して
いる。そして、更なる冷凍サイクルの性能向上のために
は、エジェクタの高効率化が不可欠である。ここで、エ
ジェクタを高効率化するためにノズル効率を向上した技
術として、特開平５−１４９６５２号公報に記載の技術
がある。
【０００３】この従来の技術は、図３（ａ）に示したよ
うに、エジェクタ本体内に組み込まれるノズル本体１０
０の噴出口１０１の上流側に２個の絞り部１０２、１０
３を設けて内部に流入する冷媒を気液二相流状態にし、
さらに絞り部１０２、１０３の間の流体通路の内径を拡
大し、二相流を細かい気泡を残して再凝縮させることに
より、次の流体通路で沸騰し易い状態にしている。それ
によって、絞り部１０３から噴出口１０１までの流体通
路内の冷媒の循環流を、液滴の微粒化により均質流に近
づけて気液の速度差を低減することにより、ノズル効率
を向上させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
においては、ノズル効率は８０％程度であり、実用に供
する９０％程度の効率には、及ばないという問題が生じ
ている。この主要因は、流体通路の内壁面の拡がり角度
が絞り部１０３から噴出口１０１まで一定の角度θ0 で
あると、図３（ｂ）に破線で示した均質流モデルに対
し、従来モデルの途中での圧力が急激に低下しているこ
とから分かるように、絞り部１０３から噴出口１０１ま
での流体通路の途中で大きく剥離が生じ、流体通路の内
壁面にて渦流が発生していると推測される。ここで、図
３（ｂ）中の△印は第１従来例Ａを表し、エジェクタの
吸引部に吸引される吸引流量（Ｇｅ）が０の場合を示
す。また、図３（ｂ）中の□印は第２従来例Ｂを表し、
エジェクタの吸引部に吸引され吸引流量（Ｇｅ）が最大
値の場合を示す。
【０００５】このため、従来の技術においては、流体通
路内での冷媒の圧力低下が、速度エネルギーにうまく変
換されず、実用に供する９０％程度のノズル効率には及
ばないという問題が生じている。この問題に対し、流体
通路の拡がり角度を全領域で小さくすることを考えられ
るが、流体通路において絞り部１０３から冷媒の剥離が
生じる剥離部分までの通路長が長くなる。これにより、
ノズル本体１００の筒方向の寸法が長くなるので、エジ
ェクタ本体の大型化を招くという問題が生じる。
【０００６】
【発明の目的】本発明の目的は、ノズル本体の筒方向の
寸法の増大を最小限にしながらも、ノズル効率を更に向
上することにより、実用に供するノズル効率を得ること
のできるノズル装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、絞り部から流体の剥離現象が発生する流体剥離
部分までの流体通路の通路壁面の第１拡がり角度より
も、流体剥離部分から噴出口までの流体通路の通路壁面
の第２拡がり角度を小さくすることにより、流体通路内
での通路壁面からの流体の剥離および渦流の発生を抑え
て均質流に対する圧力低下を抑えることができる。それ
によって、流体通路内での流体の圧力低下を略全部速度
エネルギーに変換することができる。そして、絞り部か
ら噴出口までの流体通路の全領域の拡がり角度を小さく
することなく、ノズル効率を更に向上することができ
る。したがって、ノズル本体の筒方向の寸法の増大を最
小限にしながらも、実用に供するノズル効率を得ること
ができる。
【０００８】そして、請求項２に記載の発明によれば、
流体剥離部分から噴出口まで第２拡がり角度を一定の角
度にすることにより、ノズル本体の製作がし易くなる。
また、請求項３に記載の発明によれば、均質流の圧力変
化に沿うように第２拡がり角度を変更することにより、
必要最小限のノズル本体の筒方向の寸法でノズル効率を
更に向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
〔実施形態の構成〕図１および図２は本発明の実施形態
を示したもので、図１は車両用空気調和装置の冷凍サイ
クルを示した図である。
【００１０】本実施形態の車両用空気調和装置の冷凍サ
イクル１は、例えばエンジン搭載車、電気自動車または
ハイブリッド自動車等の車両に搭載され、冷媒圧縮機
２、冷媒凝縮器３、エジェクタ９および気液分離器４が
冷媒流路５によって環状に連結したエジェクタサイクル
である。そして、冷凍サイクル１は、気液分離器４の液
相冷媒側とエジェクタ９の吸引部とがバイパス流路６に
よって連結されている。そして、そのバイパス流路６の
途中には、減圧装置７および冷媒蒸発器８が設置されて
いる。
【００１１】冷媒圧縮機２は、車両のエンジンルーム内
に搭載されたエンジンまたは電動モータ等の駆動源によ
り回転駆動されて、内部に吸入した気相冷媒を圧縮して
高温高圧の気相冷媒を冷媒凝縮器３側に吐出するコンプ
レッサである。冷媒凝縮器３は、車両のエンジンルーム
内の走行風を受け易い場所に設置されて、冷媒圧縮機２
の吐出口から吐出された気相冷媒と冷却ファン（図示せ
ず）等により送られた室外空気とを熱交換して気相冷媒
を凝縮液化させるコンデンサである。
【００１２】気液分離器４は、エジェクタ９により減圧
膨張された気液二相冷媒を気液分離するアキュームレー
タである。減圧装置７は、気液分離器４の液相冷媒側か
ら流入した液相冷媒を減圧して気液二相冷媒にするキャ
ピラリチューブやオリフィス等の固定絞りである。冷媒
蒸発器８は、図示しない空調ダクト内に設置されて、減
圧装置７から流入した気液二相冷媒と送風機（図示せ
ず）等により送られた空気とを熱交換して気液二相冷媒
を蒸発気化させるエバポレータである。
【００１３】次に、エジェクタ９の構造を図１および図
２に基づいて説明する。ここで、図２（ａ）はエジェク
タのノズル本体を示した図で、図２（ｂ）は冷媒圧力と
断面積比との関係を示したグラフである。
【００１４】エジェクタ９は、本発明のノズル装置に相
当するもので、エジェクタ本体１１と、このエジェクタ
本体１１内に設けられたノズル本体１２とを備えてい
る。エジェクタ本体１１は、金属材料により略筒形状に
形成され、ディフューザ１４内で吸引部１３より吸引し
た気相冷媒とノズル本体１２から噴出された気液二相冷
媒とを混合すると共に昇圧する。
【００１５】ノズル本体１２は、金属材料により略筒形
状に形成され、冷媒凝縮器３から流入した液相冷媒を気
液二相冷媒にしてディフューザ１４内に噴出するもので
ある。そのノズル本体１２の内部には、冷媒が流れる冷
媒通路１５が形成されている。その冷媒通路１５の途中
には、１段目の絞り部１７および２段目の絞り部１８が
形成されている。１段目の絞り部１７および２段目の絞
り部１８は、冷媒通路１５の通路断面積を絞ることによ
り液相冷媒を減圧して気液二相冷媒にする部分である。
なお、ノズル本体１２の上流側の外形形状は、外径が変
化しない円筒形状であるが、下流側の外形形状は、先端
に向けて徐々に外径が小さくなる円錐台形状である。
【００１６】そして、冷媒通路１５は、本発明の流体通
路に相当する部分で、上流側には、ノズル本体１２の入
口１６から絞り部１７まで内径が漸減する第１通路２１
と、絞り部１７から絞り部１８まで内径が一旦漸増した
後に再度内径が漸減する第２通路２２とが設けられてい
る。そして、冷媒通路１５の下流側には、絞り部１７か
ら冷媒の剥離現象が発生する流体剥離部分１９まで内径
が漸増する第３通路２３と、流体剥離部分１９から噴出
口２０まで内径が漸増する第４通路２４とが設けられて
いる。すなわち、冷媒通路１５は、第３通路２３の通路
壁面の第１拡がり角度（θ1 ）よりも、第４通路２４の
通路壁面の第２拡がり角度（θ2 ）を小さくなるように
形成されている。なお、第１拡がり角度（θ1 ）は４°
〜５°程度の一定角度で、第２拡がり角度（θ2 ）は１
°程度の一定角度である。
【００１７】〔実施形態の作用〕次に、本実施形態の冷
凍サイクル１の作用を図１および図２に基づいて簡単に
説明する。ここで、図１中のＧｎは駆動流量を示し、図
１中のＧｅは吸引流量を示す。
【００１８】冷媒圧縮機２で圧縮されて高温高圧となっ
た気相冷媒は、冷媒凝縮器３で凝縮液化されて高温高圧
の液相冷媒になる。その後に、エジェクタ９内に流入す
る。エジェクタ９のノズル本体１２内に流入した液相冷
媒は、ノズル本体１２の２個の絞り部１７、１８を通過
する際に減圧されて気液二相冷媒となってノズル本体１
２の噴出口２０からディフューザ１４内に噴出される。
そして、ディフューザ１４を通過する際に昇圧される。
【００１９】このとき、ノズル本体１２から高速で噴出
する冷媒回りの圧力低下を利用して、エジェクタ９の吸
引部１３にバイパス流路６から気相冷媒が吸引される。
このため、ノズル本体１２の噴出口２０から噴出した気
液二相冷媒と吸引部１３から吸引された気相冷媒とがデ
ィフューザ１４内で混合する。これにより、エジェクタ
９より流出した気液二相冷媒は、気液分離器４内に流入
して気液分離する。その後に、気液分離器４内の気相冷
媒は、冷媒圧縮機２の吸入力によって冷媒圧縮機２に吸
入される。
【００２０】また、気液分離器４の底部に溜まっている
液相冷媒は、エジェクタ９の吸引部１３の吸引作用によ
り減圧装置７に流入し、その減圧装置７を通過する際に
減圧膨張されて気液二相冷媒となって冷媒蒸発器８内に
流入する。冷媒蒸発器８内に流入した冷媒は、ダクト内
を流れる空気と熱交換して蒸発気化された後に、エジェ
クタ９の吸引部１３に吸引されて、前述したように、デ
ィフューザ１４内でノズル本体１２の噴出口２０から噴
出した気液二相冷媒と混合する。
【００２１】〔実施形態の効果〕以上のように、本実施
形態のディフューザ１４のノズル本体１２は、図２
（ａ）に示したように、絞り部１８から流体剥離部分１
９までの第３通路２３の通路壁面の第１拡がり角度（θ
1 ）よりも、流体剥離部分１９から噴出口２０までの第
４通路２４の通路壁面の第２拡がり角度（θ2 ）を小さ
くすることにより、図２（ｂ）に示したように、第４通
路２４内での通路壁面からの気液二相冷媒の剥離および
渦流の発生を抑えることができるので、均質流モデル
（図示破線）に対する圧力低下を第１、第２従来例Ａ、
Ｂよりも抑えることができる。それによって、ノズル本
体１２内での気液二相冷媒の圧力低下を略全部速度エネ
ルギーに変換することができる。
【００２２】したがって、実用に供する９０％以上のノ
ズル効率（本実施形態では９５％）を得ることができる
ので、エジェクタ９の吸引部１３に吸引される冷媒の吸
引流量（Ｇｅ）が増加するので、冷媒蒸発器８を還流す
る冷媒の循環流量が増加する。これにより、冷媒蒸発器
８の吸熱性能が更に向上するので、冷凍サイクル１の冷
房性能（冷却性能）を更に向上することができる。
【００２３】そして、絞り部１８から噴出口２０までの
冷媒通路１５（第３通路２３および第４通路２４）の全
領域で拡がり角度を小さくしていないので、全領域で拡
がり角度を小さくしたノズル本体と比較して、ノズル本
体１２の全長を必要最小限にすることができる。それに
よって、エジェクタ９のエジェクタ本体１１の全長を短
縮することができるので、コンパクトなエジェクタ９を
提供できる。
【００２４】〔他の実施形態〕本実施形態では、本発明
を冷凍サイクル１に組み込まれるエジェクタ９に適用し
たが、水力発電用のタービンに水流を噴出するノズル装
置、あるいはペルトン水車に水を噴出するノズル装置に
利用しても良い。
【００２５】本実施形態では、ノズル本体１２内の冷媒
通路１５の第４通路２４の第２拡がり角度（θ2 ）を一
定の角度（例えば１°）に設定したが、第２拡がり角度
（θ2 ）を図２（ｂ）の均質流モデルの圧力変化に沿う
ように拡がり角度を最適値にしながら変更しても良い。
但し、第２拡がり角度（θ2 ）は、第１拡がり角度（θ
1 ）よりも小さい角度とする。
【００２６】本実施形態では、第１拡がり角度（θ1 ）
を４°〜５°に設定し、第２拡がり角度（θ2 ）を１°
に設定したが、第１拡がり角度（θ1 ）を２°以上６°
以下角度に設定し、第２拡がり角度（θ2 ）を０°より
も大きく２°よりも小さい角度に設定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用空気調和装置の冷凍サイクルを示した構
成図である（実施形態）。
【図２】（ａ）はエジェクタのノズル本体を示した断面
図で、（ｂ）は冷媒圧力と断面積比との関係を示したグ
ラフである（実施形態）。
【図３】（ａ）はエジェクタのノズル本体を示した断面
図で、（ｂ）は冷媒圧力と噴出口の面積／２段目の絞り
部の面積との関係を示したグラフである（従来の技
術）。
【符号の説明】
１ 冷凍サイクル ９ エジェクタ（ノズル装置） １１ エジェクタ本体 １２ ノズル本体 １３ 吸引部 １４ ディフューザ １５ 冷媒通路（流体通路） １６ 入口 １７ 絞り部 １８ 絞り部 １９ 流体剥離部分 ２０ 噴出口 ２１ 第１通路 ２２ 第２通路 ２３ 第３通路 ２４ 第４通路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】先端に設けられた噴出口から流体を噴出す
    る筒状のノズル本体と、このノズル本体内に形成された
    流体通路と、この流体通路の途中に設けられた絞り部と
    を備えたノズル装置であって、 前記ノズル本体は、前記絞り部から流体の剥離現象が発
    生する流体剥離部分までの通路壁面の第１拡がり角度よ
    りも、前記流体剥離部分から前記噴出口までの通路壁面
    の第２拡がり角度を小さくしたことを特徴とするノズル
    装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のノズル装置において、 前記第２拡がり角度は、前記流体剥離部分から前記噴出
    口まで一定の角度にしたことを特徴とするノズル装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載のノズル装置において、 前記第２拡がり角度は、均質流の圧力変化に沿うように
    変更したことを特徴とするノズル装置。
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